Научные основы применения пробиотиков в птицеводстве

 Новосибирск 2005

УДК : 619:615.339:636.5

ББК : 52.8:46.8

Н 782

Ноздрин Г.А. Научные основы применения пробиотиков в птицеводстве / Г.А. Ноздрин, А.Б. Иванова, А.И. Шевченко, А.Г. Ноздрин; Новосиб. гос. аграр. ун-т. – Новосибирск, 2005. – с.

Рецензент зав. кафедрой овцеводства и птицеводства  доктор с. х. наук, профессор Реймер В. А. ; профессор кафедры ветеринарной микробиологии и вирусологии Грязин ВН.

ISBN 5-94477-033-3

Аннотация

В монографии изложены современные данные по применению новых пробиотических препаратов на основе Bac. subtilis в птицеводстве. В монографии представлены результаты исследований сотрудников кафедры фармакологии и общей патологии НГАУ. На основании последних научных данных описывается классификация и фармакодинамика пробиотиков. Приведены  данные по влиянию пробиотиков на морфологические и иммунологические показатели периферической крови. Впервые описано изменение  микробиоценоза органов пищеварения у птицы под влиянием пробиотических препаратов в норме и при патологии. Приводятся новые данные по влиянию пробиотических препаратов на сохранность, продуктивность и качество продукции. Впервые описаны данные о терапевтической эффективности ветома 1.1. при колибактериозе у птицы. В монографии описывается влияние изучаемых пробиотиков на птицу различных кроссов.

Монография предназначена для преподавателей высших учебных заведений, научных сотрудников и специалистов, работающих в птицеводстве.

ISBN 5-94477-033-3

© Ноздрин Г.А., Иванова А.Б., А.И. Шевченко, Ноздрин А.Г., 2005

© Новосибирский государственный аграрный университет, 2005

Предисловия

В птицеводстве с использованием  интенсивной технологии одной из  проблем является снижение уровня неспецифической резистентности организма птицы и их устойчивости к действию неблагоприятных факторов внешней среды, в том числе патогенной и условно-патогенной микрофлоры, что сопровождается возникновением заболеваний, снижением продуктивности и качества продукции.

Традиционно в технологических схемах выращивания цыплят и при  болезнях органов пищеварения применяются антимикробные препараты, преимущественно антибиотики, которые губительно действуют не только на патогенную микрофлору, но и нормофлору.  В результате происходит нарушение равновесия микрофлоры кишечника, ослабление функций слизистой оболочки пищеварительного тракта и, как следствие, изменение условий среды естественного обитания нормальной микрофлоры, что ведет к развитию дисбактериоза и нарушению иммунобиологической реактивности организма хозяина, а это отрицательно сказывается на физиологических функциях пищеварительного тракта и приводит к снижению продуктивности и  возникновению заболеваний.  Учитывая, что нормофлора имеет огромное значение в жизнедеятельности организма,  рациональная терапия и профилактика при болезнях бактериальной и вирусной этиологии не мыслима без знаний микробной экологии животного организма и ее роли в поддержании здоровья. Более того, широкое и бесконтрольное  применение антибиотиков способствует селекции антибиотикоустойчивых штаммов патогенных бактерий, увеличению числа бактерионосителей среди животных и птиц. В работах отечественных и зарубежных исследователей отмечается возможность замены антибиотиков пробиотиками (Антипов, 1981; Платонов, 1985; Тараканов, 1987; Mitsioka , 1988; Foks, 1988; Fuller, 1989; Kozasa, 1989; Пивовар и соавт., 1990 и др.). Пробиотики являются не только эффективными лечебно-профилактическими средствами, но и оказывают ростостимулирующее действие. Они физиологичны по своему действию, являются экологически чистыми препаратами, безвредны для животных, технологичны для группового применения (Антипов, 1991).

В современном птицеводстве за последние два, три десятилетия разработке и улучшению пробиотических препаратов уделяется большое внимание, что обусловлено понижением  эффективности и наличии большого количества побочных явлений как аллергического так и неаллергического характера при применении антибиотиков.

Большой интерес ученых и практикующих врачей к пробиотикам объясняется и тем, что препараты этой группы являются эффективными лечебно-профилактическими средствами. Они оказывают позитивное влияние на организм птицы: улучшают кишечный и микробный баланс и, следовательно, повышают устойчивость организма к действию неблагоприятных факторов внешней среды, сохранность и продуктивность.

В отечественной и зарубежной литературе отсутствуют обобщающие работы, в которых с современных позиций были бы рассмотрены вопросы комплексного воздействия пробиотиков на организм птицы. До настоящего времени недостаточно работ по применению пробиотиков на основе Васillus subtilis в птицеводстве. Ученые кафедры фармакологии НГАУ совместно коллективом НПФ «Исследовательский центр»  занимаются изучением пробиотиков более 10 лет. Располагая результатами многолетних исследований и стремясь восполнить недостаток знаний по особенностям действия пробиотиков на птицу разных кроссов коллективом авторов была подготовлена данная монография.

В предлагаемой монографии освещение таких данных как изменение микробиоценоза органов пищеварения в норме и патологии, применение их с лечебной целью при колибактереозе, влияние пробиотических препаратов на качество продукции имеют приоритетный характер для ветеринарной науки и практики.

В монографии авторы стремились обосновать теоретическое и практическое значение применения пробиотиков в птицеводстве. Выражаем благодарность коллегам из НПФ «Исследовательский центр» и лично директору Леляку Александру Ивановичу за большой вклад в разработку и изучение пробиотиков.

Авторы надеются, что монография будет полезна для преподавателей, научных сотрудников и специалистов птицеводов. 

1. История создания пробиотиков

Развитие идеи  И.И. Мечникова по целенаправленному изменению состава микрофлоры желудочно-кишечного тракта путем энтерального  введения  культур  молочно-кислых  бактерий  в  качестве антагонистов гнилостных микробов  оформилось в направление и привело к созданию нового класса бактериальных препаратов - пробиотиков.

В работе Б.А. Шендерова с соавторами (1997) прослежена история появления термина пробиотики и толкование этого термина различными исследователями.  По их мнению, термин пробиотик ввели D.M. Lilly и R.H. Stillwell в 1965 г. для обозначения микробных метаболитов, обладающих способностью стимулировать рост микроорганизмов. В 1970 г. M. Gros, G. Jhielin назвали пробиотиками биологические препараты, представляющие собой стабилизированные культуры симбионтных микроорганизмов или продукты их ферментации, которые способствуют росту последних.

В 1974 г. R.B. Parker назвал пробиотиками микробные препараты (микроорганизмы или их компоненты), регулирующие микрофлору кишечника.

В Дании Т. Riise (1981) предложил под названием пробиотик понимать «…увеличение количества полезных микроорганизмов в пищеварительном тракте животного-хозяина путем введения больших количеств желательных бактерий для переустановления и поддержания идеальной ситуации в кишечнике».

 R. Fuller (1989) считает пробиотиками  «живую микробную кормовую добавку, которая оказывает полезное действие на животное- хозяина путем улучшения его кишечного микробного баланса».

M.Vanbelle et al. (1990) определяют понятие пробиотик как антоним антибиотиков, т.е. промотор жизни.

По мнению Г.А. Сафонова с соавт. (1992), термин пробиотики был предложен Паркером для обозначения микроорганизмов и продуктов их ферментации, обладающих антагонистической активностью по отношению к патогенной микрофлоре.

По определению G.R. Gibson, M.B. Robertroid (1995), пробиотики - это микробиологические пищевые добавки, которые благотворно влияют на хозяина путем улучшения  микробиологического баланса его  кишечника.

Рассматривая проблему дисбактериозов, А.А. Воробьев с соавт. (1997) называют биопрепараты из нормальной микрофлоры, используемые для профилактики и лечения этого заболевания, эубиотиками. К ним авторы относят препараты, содержащие бифидо- и лактобактерии, E.coli, споровые формы бактерий. Однако Б.А. Шендеров с соавт. (1997) считают, что эубиотики - термин, который используется в основном российскими исследователями и по своей сути охватывает лишь часть  пробиотиков. По мнению Б.А. Шендерова, пробиотики – это препараты и продукты питания, в состав которых входят вещества микробного и немикробного  происхождения, оказывающие  при естественном способе введения  благоприятные эффекты на физиологические функции и биохимические реакции организма хозяина через оптимизацию его микробиологического статуса. Это определение предполагает, что любые живые или убитые микроорганизмы, их структурные компоненты, метаболиты, а также вещества другого происхождения, оказывающие позитивное влияние на функционирование микрофлоры хозяина, способствующие лучшей адаптации его к окружающей среде в конкретной экологической нише, могут рассматриваться как пробиотики.

Отсутствие четкого определения препаратов этой группы, по-видимому, можно объяснить недостаточной изученностью их фармакодинамики. Это стало возможным в связи с тем, что большинство авторов относили пробиотики к кормовым добавкам. На основании результатов наших многолетних исследований мы считаем, что пробиотики следует отнести к   лекарственным средствам, которые предпочтительнее  использовать для превентивной терапии и в качестве эрготропиков.  По нашему мнению, пробиотики - это стабилизированные культуры микроорганизмов и продукты их ферментации, обладающие свойством оптимизировать кишечные микробиоценозы, подавлять рост и развитие патогенной и условно-патогенной микрофлоры, повышать обменные процессы и защитные реакции организма, активизировать клеточный и гуморальный иммунитет.

P. Lyons и R.J. Fallоn (1992) назвали наше время «наступающей эпохой пробиотиков». И действительно, многочисленные исследования по разработке новых биопрепаратов и дальнейшее изучение механизма их лечебно-профилактического действия дают основание утверждать, что в XXI в. пробиотики в значительной степени потеснят на рынке традиционные и небезопасные для организма препараты, особенно те, которые применяются с профилактической целью. В последний период наряду с  пробиотиками в ветеринарной медицине применяют пребиотики и синбиотики. По данным А.И. Калмыковой (2001), к пребиотикам относятся препараты немикробного происхождения, способные оказывать позитивный эффект на организм хозяина через селективную стимуляцию роста или активности нормальной микрофлоры кишечника. Пребиотиками, в частности, являются  олигосахариды, например фруктоологосахариды, активно стимулирующие рост бифидобактерий. Полагают, что при рациональной комбинации пробиотиков и пребиотиков возможен максимальный позитивный эффект. Получаемые в результате рациональной комбинации пробиотиков и пребиотиков  препараты называют  симбиотиками (Шендеров, 1997).

Для производства пробиотиков вначале использовали неспорообразующие бактерии, обладающие свойствами выделять при сбраживании углеводов молочную, уксусную, пропионовую и другие кислоты. Поскольку в нормальной микрофлоре теплокровных преобладает ацидофильная палочка, то в качестве пробиотика стали использовать ацидофильную бульонную культуру (АБК) (Мозгов, 1964).

В дальнейшем для обогащения препарата витаминами группы В к АБК стали добавлять пропионово-кислые бактерии, что, несомненно, улучшило качество препарата и расширило сферу его применения. Этот препарат стали выпускать под  названием ПАБК. Применение АБК и ПАБК повышало  общую устойчивость животных и улучшало пищеварение, профилактировало развитие инфекционных заболеваний, излечивало желудочно-кишечные заболевания, стимулировало рост молодняка, а также  улучшало течение беременности (Мозгов, 1964). В нашей стране в начале 60-х годов XX в животноводстве широко применяли жидкие формы симбионтных микроорганизмов (АБК и ПАБК), которые изготовляли непосредственно во многих хозяйствах и ветеринарных лабораториях. Однако такие недостатки, как нестандартность продукции, неудобства хранения и транспортировки, быстрая потеря активности, способствовали сокращению их выпуска и применения. В настоящее время эти препараты выпускают лишь на отдельных предприятиях и в лабораториях, но эти количества не удовлетворяют спрос, и поэтому некоторые хозяйства, особенно птицефабрики, вновь наладили их производство.

В дальнейшем на основе живых бифидо- и лактобактерий были созданы различные препаративные формы (лактобактерин, бифидумбактерин, ацидофилин, колибактерин и др.), которые до  настоящего времени широко используются для восстановления нормальной микрофлоры  и  лечения  желудочно-кишечных  заболеваний   (Сафонов, Калинина, Романов, 1992; Шубин и соавт., 1994). Бифидо- и лактобактерии, преобладающие в нормальной микрофлоре животных, подавляют размножение патогенных и условно-патогенных микроорганизмов путем закисления среды обитания и наработки антибиотических веществ. Попадая в желудочно-кишечный тракт, присутствующие в этих препаратах микроорганизмы размножаются, синтезируют многие биологически активные вещества (органические кислоты, липиды, витамины, антибиотики, иммуномодуляторы и т.п.) и повышают неспецифическую резистентность организма-хозяина.

Бифидобактерии предупреждают развитие дисбактериоза. В процессе их жизнедеятельности образуются витамины В₁, В₂  и К, а также молочная и уксусная кислоты. Кислая среда способствует лучшему всасыванию жиров, витаминов, железа и кальция, задерживает размножение патогенных и условно-патогенных микроорганизмов.

Со временем расширялся спектр используемых для получения пробиотиков микроорганизмов. Развитие лиофилизационной техники позволило разрешить эти проблемы, теперь пробиотики выпускают в виде сухих препаратов лиофильно высушенных микроорганизмов в чистом виде или в технической форме с питательной средой. В качестве наполнителей для сухих препаратов используют сухое молоко, сахарозу, а для технической формы – кукурузную, рыбную или другую муку. Такие формы наиболее удобны (в отличие от жидких) при групповом назначении животным с кормом.

Создание сухих форм пробиотических препаратов позволило  расширить сферу их применения и выпускать более стандартизованные препараты, длительное время сохраняющие свои свойства. Твердые формы бифидобактерина (лиофилизированная биомасса активных бифидобактерий) и лактобактерина (смесь двух штаммов лактобактерий), применяемые для профилактики и лечения у телят желудочно-кишечных заболеваний, показали высокую эффективность (Воронин и соавт., 1990; Зитаре, 1983; Ивановский, 1996; Ихтизаров, 1979).

Следующим этапом в создании препаратов пробиотиков следует считать разработку комбинированных препаратов.

По данным В.В. Поспеловой (1994), совместное культивирование ацидофильной палочки с бифидобактериями совместимо и обеспечивает их сохранение, свойственное для каждого из этих штаммов бактерий. При сочетании бифидобактерий и ацидофильной палочки антагонистический эффект в отношении кишечной палочки значительно выше, чем при использовании каждой культуры в отдельности. Показано также, что ацидофильная палочка стимулирует накопление бифидобактериями специфических антибиотических веществ. Комплексными бактериальными препаратами являются бифилак и бифимол. Эти препараты следует растворять непосредственно перед выпаиванием теплой (37^ОС) водой и применять за 30-60 минут до кормления молозивом в течение 5 суток. Препараты, обладая высокой эффективностью в профилактике желудочно-кишечных болезней телят, оказывают стимулирующее действие на их рост и развитие в раннем возрасте.

Продолжается работа по созданию новых, более активных пробиотиков. Большой интерес в качестве основы для пробиотиков представляют бактерии рода Bacillus. Свойства некоторых штаммов этой группы бактерий настолько разнообразны и привлекательны, что только за последние годы на их основе разработано более десятка эффективных препаратов:

 - медицинские:   биоспорин (B. subtilis + B. licheniformis), гинеспорин (B. subtilis), споробактерин (B. subtilis), бактиспорин (B. subtilis), энтерогермин (B. subtilis), флонивин (B. subtilis), бактисубтил (B. sereus), цереобиоген (B. sereus);

 - ветеринарные: бактерин-СЛ (B. subtilis, B. licheniformis), эндоспорин (B. subtilis), БПС-44 (B. subtilis), энтеробактерин (B. subtilis), глоген-8 (B. natto), прималас (B. subtilis), протектин (B. subtilis), ветом 1.1 (B. subtilis), ветом 2 (B. subtilis, B. licheniformis), ветом 3 (B. subtilis), ветом 4 (B. licheniformis) биосептин (B. subtilis, B. licheniformis), ветомгин (B. subtilis, B. licheniformis), ветоцил (B. subtilis), ветом 1.23 (B. subtilis), ветом 1.29 (B. subtilis), ветом 2.25 (B. subtilis, B. licheniformis), ветом 2.26 (B. subtilis, B. licheniformis), ветом 3.22 (B. subtilis), ветом 4.24 (B. licheniformis), зимун 1.23 (B. subtilis), зимун 2.25 (B. subtilis, B. licheniformis), зимун (B. subtilis, B. licheniformis), зимун 3.22 (B. subtilis), зимун 4.24 (B. licheniformis).

По мнению В.В. Смирнова  с соавт. (1995), «наиболее перспективными для создания пробиотиков оказались бациллы, относящиеся к виду Bacillus subtilis, B. pumilus, B. polymyxa.  Эти виды стабильно выделяются из разнообразных биотопов, в том числе из организма и тканей теплокровных, насекомых и растений. Для штаммов этих видов характерны высокая устойчивость к неблагоприятным условиям внешней среды, ферментативная и антагонистическая активность. Живые культуры спорообразующих аэробных бактерий из рода Bacillus следует считать экологически чистыми и перспективными для использования в животноводстве. Аэробные спорообразующие бактерии из рода Bac. subtilis привлекают внимание исследователей различных направлений. Высокая антагонистическая активность в отношении патогенных и условно-патогенных микроорганизмов, продукция биологически активных веществ, наряду с полной безвредностью, обусловливают перспективность использования этих бактерий в качестве основы для разработки лечебно-профилактических препаратов. Наиболее продуктивными являются штаммы Bac. subtilis (сенная палочка). В настоящее время описано более 70 различных антибиотиков, образуемых бактериями этого вида (микобациллин, субтилин, бацилизин, бациломицин, субтилизин, субспорин и др.). При пероральном введении споры бацилл прорастают и начинается размножение вегетативных бактериальных клеток. В результате этого в верхних отделах желудочно-кишечного тракта образуются зоны антагонистического ингибирования патогенных микроорганизмов и снижается их количество, вплоть до полного исчезновения. Они существенно повышают неспецифическую резистентность организма, а некоторые штаммы индуцируют наработку эндогенного интерферона. Кроме того, они действуют в кишечнике как биокатализатор, продуцируя ферменты, витамины и аминокислоты.

По результатам определения протеазной активности бактериальной взвеси штамма Bac. subtilis 534 к альбумину и казеину по методу Ансона установлено наличие не менее 2-х протеолитических ферментов.

 Штамм Bac. subtilis 534 является действующим началом препарата споробактерин. Авторы препарата установили, что при пероральном применении он способен проникать из желудочно-кишечного тракта в очаг воспаления и подавлять патологический процесс или препятствовать его развитию. В организме людей, животных и птиц бактерии выделяют неидентифицированное антибактериальное вещество белковой природы широкого спектра действия, подавляющее развитие патогенной микрофлоры, грибов, стафилококков, эшерихий, протея, сальмонелл, неклостридиальных анаэробов, актиномицетов и др. По своим свойствам препарат не только не уступает современным антибиотикам, но часто более эффективен.  Лекарственные средства на основе Bac. subtilis (ветом 1.1, ветом 2, ветом 3, ветом 4, ветомгин, ветоцил, субалин и др.) имеют высокую эффективность при заболеваниях бактериальной, а ряд препаратов и вирусной  этиологии. Их положительный эффект обусловлен подавлением развития многих видов условно-патогенной и патогенной кишечной микрофлоры за счет способности продуцировать антибиотические вещества и более высокого биологического потенциала к размножению, а также участием в процессах пищеварения и обмена веществ в организме хозяина, способностью продуцировать биологически активные вещества, обеспечивающие нормализацию и повышение неспецифической резистентности организма животных.

В последние годы активизировалось изучение биологических свойств и селекция штаммов бактерий, наиболее активных в пробиотическом отношении. Перспективными считают направления по отбору штаммов, видоспецифичных для кишечного биоценоза конкретного вида животного, обладающих высокой колонизационной и антагонистической активностью. Усовершенствуются методики оценки  антагонистических свойств штаммов в сравнительном аспекте с биохимическими и ферментативными их свойствами.

2. Спорообразующие аэробные бактерии, используемые для получения пробиотиков

2.1. Биология  аэробных спорообразующих бактерий

2.1.1 Морфология спорообразующих бактерий

Бактерии по внешнему виду подразделяют на 4 группы: шаровидные формы (кокки), палочковидные (бактерии, бациллы и клостридии), извитые (вибрионы, спириллы и спирохеты) и нитевидные (хламидобактерии). Бактерии, как правило, не образуют споры. Бациллы и клостридии преимущественно споры образуют. 

Для нас большой интерес представляют  бактерии рода Bacillus, которые благодаря способности к спорообразованию занимают особое место в микробном мире нашей планеты. В  многочисленных публикациях нашли отражение теоретические и практические аспекты изучения аэробных спорообразующих бактерий, касающиеся вопросов морфологии и ультраструктуры этих микроорганизмов, процессов спорообразования и  особенностей метаболизма, распространения в окружающей среде и функционирования в экстремальных условиях. В последние десятилетия описано большое количество антибиотических веществ, образуемых бактериями рода Bacillus, причем выделены антибиотики различной химической структуры и природы.

Аэробные спорообразующие бактерии объединены в отдельный род Bacillus семейства Bacillaceae. Для бацилл характерны палочковидная форма клеток, наличие эндоспор, образуемых в присутствии кислорода, высокая биологическая активность.

 В последнее 20-летие ученые проявляют большой интерес к сенной палочке как к одному из перспективных микроорганизмов для производства пробиотических препаратов.

Сенная палочка (Bacillus subtilis) широко распространена в природе, имеет палочковидную форму. В присутствии кислорода образует споры, что позволяет ей  длительный период сохраняться во внешней среде. Высокая биологическая активность является ее отличительной особенностью. Согласно данным литературных источников, сенная палочка имеет высокую изменчивость, что затрудняет ее идентификацию  по культуральным свойствам. Так, у Bac. subtilis отмечается  до 10 типов колоний при выращивании на различных агаризированных  средах (Красильников, 1958).

Клетки бацилл обычно палочковидной формы с округлыми концами; располагаются одиночно, реже в виде цепочек. Поперечный размер вегетативных клеток 0,3- 2,2 мкм, длина 1,2- 7,0 мкм.

В клеточной стенке бацилл обнаружены тейхоевые кислоты, представляющие собой гетерополимеры глицерофосфата или рибитфосфата, сахара или его производного, d-аланина (Наумова, Никифорова, 1969). Тейхоевые кислоты Bac. subtilis в экспоненциальной фазе роста содержат до 30 % запаса фосфора клетки. Тейхоевые кислоты могут служить источником фосфора при его отсутствии во внешней среде (Grant, 1979). Тейхоевые кислоты обладают свойством связывать двухвалентные катионы.

Бактерии при определенных условиях роста могут образовывать формы, частично или полностью лишенные клеточной стенки, но сохранившие способность к развитию (L-формы). L-формы Bac. licheniformis, Bac.subtilis не синтезируют пептидогликана, но усваивают его нуклеотидные предшественники. У L-форм этих бактерий повреждены системы синтеза ферментов, которые участвуют в образовании этих предшественников.

В клетках бацилл нуклеотиды расположены вдоль продольной оси  клетки и локализованы в  сферические, удлиненные или палочковидные компактные структуры. Перед делением шаровидный нуклеотид вытягивается, последовательно приобретая овальную, бобовидную, гантелевидную форму, с последующим делением путем перетяжки. Ядро состоит из линейной хромосомной ДНК. Вместе с тем в клетках многих штаммов бацилл обнаружена внехромосомная ковалентно замкнутая кольцевая ДНК, называемая плазмидной ДНК.

Генетическая роль плазмид изучена недостаточно. Многие авторы предполагают, что  плазмиды участвуют  в регуляции процессов спорогенеза и антибиотикообразования (Азизбекян, Галушко, 1977; Лукин, 1978; Ermakovaetal., 1978 и др.).

Размножаются бациллы путем деления клетки.  Интенсивность роста и развития культур зависит от рационального соотношения минеральных и органических веществ в питательной среде.

Прокариотические организмы бактерий обладают способностью к спорообразованию, которая заключается в том, что при наступлении условий, неблагоприятных для жизни, клетка частично теряет воду, объём и форму; под внешней мембраной образуется плотная сферическая оболочка. В виде споры бактерия может выдерживать огромные механические, температурные и химические нагрузки. Например, некоторые споры выдерживают трёхчасовое кипячение или температуру жидкого азота. Также в виде споры более эффективно проходит расселение, потому что частично обезвоженная клетка имеет меньшую массу.

Споры бывают круглыми, овальными или эллиптическими; некоторые снабжены «рёбрами жёсткости», усиливающими устойчивость к механическим воздействиям. При микроскопическом исследовании споры выделяются высоким коэффициентом светопреломления, аналогичный таковому у обезвоженного белка.

В зрелой споре различимы: центральный, плохо окрашиваемый участок (спороплазма), двухслойная ЦПМ и оболочка споры.

Спороплазма (протопласт споры) включает цитоплазму, бактериальную хромосому, системы белкового синтеза и некоторые другие (например, анаэробного энергообразования).

Оболочка споры двухслойная: пространство между слоями заполняют гликопептидные полимеры, сходные с пептидогликанами, образующие сетчатую структуру (кортекс), проявляющую высокую чувствительность к лизоциму. Внутренний слой (стен ка споры) образован пептидогликанами, аналогичными таковым \ вегетирующей клетки. Внешний слой (собственно оболочка) образуют кератиноподобные белковые структуры с низкой проницаемостью.

У некоторых бактерий материнская клетка образует экзоспориум — двух-трёхслойное желатинообразное покрытие образованное липопротеинами и углеводами и во многом аналогичное капсуле бактерий. При созревании споры экзоспориум может сохраняться в виде пустого и отстающего от споры «мешка».

Процесс споруляции (спорообразования) начинается сразу после возникновения дефицита питательных веществ и продолжается приблизительно 8 ч. Никаких внешних источников питания или энергии при этом не требуется. Споруляцию стимулирует внесение в среду глюкозы, фосфора и NH4; угнетает внесение пептона лактозы, NaCl, CaCl2 (у бактерий рода Bacillus— DL-аланина).

Споруляция контролируется особыми генами. Их число вариабельно у различных видов и может достигать 70. Для спорообразования важна индукция гена spoO. Его транскрипция запускает последовательную транскрипцию всех остальных необходимых генов (оперонов). Детали спорообразования служат видовыми признаками, но его принципиальные закономерности одинаковы для всех бактерий.

Подготовительная стадия споруляции сопровождается прекращением деления и увеличением количества липидных включений.

Стадия предспоры споруляции обычно начинается бурно. В клетке появляется эллиптическая оболочка, окружающая участок цитоплазмы с изменёнными плотностью и тинкториальными свойствами. Подобное образование обозначают терминами «предспора», или «примордиальная спора».

Третья стадия споруляции включает появление оболочки (обычно в течение 10 мин после образования предспоры) и ещё большее увеличение коэффициента светопреломления.

Стадия созревания споры сопровождается её уплотнением и снижением метаболической активности клетки.

Споры могут располагаться центрально, субтерминально или терминально. У видов Bacillus диаметр споры не превышает ширины клетки, тогда как у многих видов Clostridium — значительно превышает. В ряде случаев клетка приобретает весьма характерный вид, нередко являющийся диагностическим признаком. Например, терминально расположенные споры у возбудителя столбняка придают бактериям вид «теннисных ракеток».

Поскольку споры сильно преломляют свет, то распознавание их при микроскопии не представляет затруднений. В спорных случаях прибегают к специальным методам окрашивания.

После созревания и лизиса родительской клетки спора освобождается, сохраняясь в покоящемся состоянии до попадания в благоприятные условия.

Некоторые из бацилл в процессе споруляции образуют бактериальные кристаллы. Многие белки которых токсичны являются  эндотоксинами. Установлено, что содержание кристаллического вещества в клетках бацилл коррелирует с их вирулентностью (Kim, Li, 1976). Белок кристаллов по антигенным свойствам отличается от белка спор и клеток. Механизм действия эндотоксина основан на  подавлении ацетилхолинэстеразы и нарушении транспорта ионов, что сопровождается параличом нервной системы насекомого (Prаsad, Shethna, 1976;Somervill, 1977).

В клетках бактерий Bacillussubtilis также обнаружены кристаллические структуры. По данным Kaneko и Matsushima (1973), у Bac. subtilis 168 кристаллоподобные структуры появляются на второй стадии споруляции и их формирование  заканчивается в третей стадии, после чего клетки прекращают споруляцию и лизируются.

Процесс спорообразования зависит от источников питания. Бацилы активно образуют споры на пептонно - кукурузном агаре и разведенном МПБ (Глухова и соавт., 1975;  Гашинский и соавт.,1975). На синтетических средах аэробные бациллы образуют мало спор.

Прорастание споры в оптимальных условиях осуществляется в течение 2-3 ч; процент проросших спор увеличивается после соответствующей предварительной обработки. Например, споры могут быть активированы кратковременным прогреванием.

Прорастанию предшествует активация споры. Её инициируют различные химические вещества, повышение температуры и влажности. Под воздействием автолизинов происходит расщепление кортекса, поглощение воды и набухание. Внешне процесс проявляется увеличением («вздутием») споры и уменьшением коэффициента светопреломления. При этом в споре происходят глубокие физиологические изменения: усиливается дыхание, увеличивается активность ферментов, происходит выделение аминокислот, дипиколиновой кислоты и пептидов (потеря сухой массы споры может достигать 20-30%). В этот период спора утрачивает терморезистентность.

Затем спора лопается в произвольном месте и из неё выходит вегетативная клетка, снабжённая у подвижных видов жгутиковым аппаратом.

2.1.2  Физиология  спорообразующих бактерий

Способностью к образованию спор обладают аэробные, факультативные и анаэробные облигатные бактерии.

Первой анаэробной бактерией, открытой Луи Пастером в 1861 году, была Clostridium butyricum — спороносная палочка, вызывающая маслянокислое брожение углеводов. В дальнейшем было установлено, что спорообразующие и неспорообразующие облигатные анаэробы широко распространены в микробной экосистеме Земли. Анаэробы встречаются среди почти всех известных крупных систематических групп спорообразующих и неспорообразующих форм эубактерий, кокков, хламидобактерий, микобактерий и актиномицетов, вибрионов, спирилл и спирохет.

В настоящее время имеются три наиболее известные системы классификации анаэробов: Н. А. Красильникова (1949), Берги (1957) и Прево (1957, 1967). По Красильникову, все спорообразующие бактерии объединяются в семейство Васillасеае. Это семейство имеет два рода — Bacillus и Clostridium. В род Bacillus входят как аэробные, так и анаэробные бактерии (последние составляют Х-группу), которые не образуют гранулезы и не раздуваются (либо слабо раздуваются) при спорообразовании. Род Clostridium объединяет бактерии, клетки которых в процессе спорообразования раздуваются с приобретением клостридиальной (лимоновидной) формы и накапливают гранулезу.

Определитель Прево, Турпина и Кайзера наиболее полно описывает анаэробные микроорганизмы, известные в настоящее время микробиологам. Около 200 видов спорообразующих анаэробных бактерий распределяются в нем по трем порядкам: Clostridiales, Plectridiales и Sporovibrionales.

Морфологические различия между вегетативными клетками различных видов очень незначительны, а спорулирующие клетки и сами споры необычайно разнообразны. Это явление имеет очень большое значение для разделения анаэробов на систематические группы.

Для разделения на порядки служит форма вегетативных клеток (прямые или изогнутые палочки) и расположение спор в спорангиях (центральное, субтерминальное и терминальное). При разделении на семейства и роды принимаются во внимание окраска по Граму, подвижность клеток, способность образовывать капсулу. Различные сочетания этих признаков позволили разделить все спорообразующие анаэробные бактерии на 5 семейств и 10 родов.

Порядок Clostridiales. К нему относятся подвижные и неподвижные грамположительные и грамотрицательные палочки, раздувающиеся при спорообразовании. Споры расположены центрально и субтерминально. Имеются пигментированные виды. В основном анаэробные, но возможны факультативные формы. В порядок входят два семейства.

Семейство Endosporaceae включает грамотрицательные клостридии. Споры в них расположены центрально или субтерминально. В этом семействе два рода: Endosporus - подвижные формы и Paraplectrum - неподвижные. Оба образуют капсулу.

Семейство Clostridiaceae включает грамположительные клостридии. Споры центральные или субтерминальные. Подразделяется на три рода: Inflabilis - неподвижные формы, Welchia - неподвижные капсулированные палочки, Clostridium - подвижные формы.

Порядок Plectridiales. Подвижные и неподвижные, грамположительные и грамотрицательные палочки. Споры образуются терминально. Порядок подразделяется на два семейства.

Семейство Terminosporaceae - грамотрицательные плектридии. Семейство состоит из двух родов: Terminosporus — подвижные и Caduceus — неподвижные формы.

Семейство Plectridiaceae - грамположительные плектридии. В этом семействе два рода: Plectridium - подвижные и Acuformis - неподвижные организмы.

Порядок Sporovibrionales включает спорообразующие подвижные анаэробные бактерии с изогнутыми (вибрионоподобными) грамотрицательными клетками. Большинство из них способно восстанавливать сульфаты и нитраты.

В этом порядке одно семейство - Sporovibrionaceae. В него входит один род - Sporovibrio, объединяющий четыре вида спорообразующих анаэробов. Один из этих видов - Sporovibrio ferrooxydans. Он не восстанавливает сульфаты, а железо окисляет в гидрат железа.

По Кэмпбеллу и Постгейту, все спорообразующие анаэробы, обладающие постоянной способностью восстанавливать сульфаты, были выделены в новый род - Desulfotomaculum. В него входят облигатные анаэробы с грамотрицательными, прямыми или изогнутыми палочками, раздувающимися у термофильных форм. Споры формируются терминально или субтерминально. Бактерии подвижные¹, движение перитрихиальное¹, восстанавливают сульфаты до сульфидов. В их составе присутствуют цитохромы² (гемопротеины³). Состав ДНК колеблется в пределах 41,7—49,2 мол.% Г+Ц.

Неспоровые сульфатредуцирующие бактерии⁴ из рода Desulfovibrio четко отличаются от спорообразующих по проценту Г+Ц в ДНК, наличию пигмента десульфовиридина и цитохрома, монотрихиальным жгутикованием и отсутствием спорообразования.

Род Desulfotomaculum включает четыре вида. Desulfotomaculum nigrificans - типовой вид. Споры овоидные, субтерминальные. Бактерии могут расти без сульфатов на среде с пируватом. Глюкозу и другие углеводы не используют, термофильные. Температурный оптимум 55 °С. Процент Г+Ц в ДНК - 49,2.

Desulfotomaculum ruminis. Споры овоидные, терминальные или субтерминальные. Бактерии способны расти без сульфатов на среде с пируватом. Глюкозу и другие углеводы не сбраживают, мезофилы, Г+Ц⁷ в ДНК - 49,2 %.

Desulfotomaculum orientis. Споры круглые, могут располагаться в клетках центрально, эксцентрально и терминально. Глюкозу и другие углеводы бактерии не сбраживают, не растут на средах с пируватом без сульфатов, мезофилы. Процент Г+Ц⁷ в ДНК - 45,1.

Японские авторы описали еще один вид спорообразующих сульфатредуцирующих бактерий - Desulfotomaculum antarcticum. Споры этих бактерий овоидные, располагаются в клетках центрально или терминально. Нуклеотидный состав ДНК неизвестен. Этот вид отличается от других видов рода Desulfotomaculum способностью использовать глюкозу и разжижать желатин.

Спорообразующие облигатные анаэробы

Спорообразующие облигатные анаэробы изучать достаточно сложно, поскольку они растут в условиях практически полного отсутствия кислорода, что требует наличия специального оборудования обеспечивающего поддержание требуемого состава газовой среды и температурного режима в процессе выполнения опыта. В настоящее время наиболее распространённым прибором для проведения культуральных работ с облигатными анаэробами является анаэростат, который достаточно прост и удобен в работе и позволяет создать и поддерживать в процессе эксперимента требуемые параметры газовой среды и температуры. И, тем не менее, широкомасштабные опыты с использованием анаэростатов ставить затруднительно. В этой связи количество изученных облигатных анаэробов, в том числе и спорообразующих, в настоящее время невелико. Тем более не велико количество облигатных анаэробов, для которых выделена чистая культура и детально изучены их свойства в области физиологии, цитологии, генетики микроорганизма.

Факультативные анаэробы

Факультативные анаэробы, способны жить как за счет дыхания, используя молекулярный кислород, так и за счет «нитратного дыхания», либо брожения различных органических веществ в анаэробных условиях.

По современным представлениям, аэробные спорообразующие бактерии, или бациллы⁵, объединяются в отдельный род Bacillus семейства Bacillaceae. Этот род, включающий много разнообразных видов, имеет ряд характерных особенностей и отличается от других бактериальных организмов комплексом морфолого-физиологических признаков, из которых наиболее важными являются палочковидная форма клеток, способность образовывать эндоспоры, потребность в свободном кислороде для роста.

Общая краткая характеристика объединяемых в род бацилл аэробных спорообразующих бактерий сводится к следующему.

Бациллы - свободноживущие, одноклеточные, нефотосинтезирующие, аэробные, палочковидные клетки, образующие типичные эндоспоры. Относятся к гетеротрофным⁶ организмам. Размножаются поперечным делением клеток. Ветвление и почкование клеток как способ размножения не отмечены. Поперечный размер клеток варьирует в пределах 0,4-2 мкм. Вегетативные клетки имеют вид прямых или слабоизогнутых палочек с параллельными сторонами и округлыми концами, которые в редких случаях резко обрезанные.

Расположение клеток различное - от одиночных до длинных цепочек. За исключением сибиреязвенной бациллы, бактерии этого рода подвижные, снабжены перитрихиально¹ расположенными жгутиками.

Большинство видов является грамположительными бактериями, часть - грамвариабильными. Клетки хорошо окрашиваются обычными анилиновыми красками. Ни один представитель рода не является типично кислотоустойчивым организмом. У многих видов отмечается наличие внутриклеточного жира, гликогена⁹, волютина¹⁰ и других включений. Капсула встречается лишь у сибиреязвенной бациллы и некоторых других видов при специфических условиях роста.

В бактериальных клетках в общем количестве оснований ДНК 32-65 мол. % гуанина и цитозина.

Большинство видов, исключая некоторые, главным образом энтомопатогенные¹¹, формы, хорошо растет на мясопептонном агаре (МПА) при реакции среды, близкой к нейтральной. Отдельные виды развиваются в щелочной среде и требуют особых источников азота или углерода.

Культуральные особенности видов, выросших на разных средах, резко различны. На твердых  питательных  средах  образуются  колонии  от 1-2 до 5 мм и более в диаметре: гладкие, зернистые, пленчатые, складчато-морщинистые и сухие, слизеобразующие и пастообразные с характерной структурой края. При развитии на жидких средах обнаруживается тенденция к образованию поверхностной пленки.

Встречаются виды, образующие на поверхности агаризованных сред подвижные колонии.

Большинство видов бактерий активно продуцируют ферменты, гидролизующие белки, крахмал и другие субстраты. Многие виды обладают антагонистическими свойствами и вырабатывают антибиотики полипептидной природы⁸. Отдельные виды нуждаются в присутствии витаминов, аминокислот и других дополнительных факторов роста. Кислоту и газ продуцируют лишь бактерии некоторых видов, все остальные при росте на углеводах образуют одну кислоту. Оптимальная температура роста обычно варьирует в пределах 30—40° С. Встречаются виды, развивающиеся при температуре ниже 12 °С и выше 50 °С.

Некоторые аэробные бактерии — возбудители болезней. Вас. anthracis вызывает сибирскую язву у человека и животных; Вас. larvae — возбудитель американского гнильца медоносной пчелы; Вас. alvei и Вас. pulvifaciens трактуются как организмы, играющие определенную роль в болезнях пчел; Вас. popilliae и Вас. lentimorbus — возбудители молочной болезни японского жука; некоторые виды группы Вас. cereus-thuringiensis вырабатывают специфические энтомоцидные токсины.

Классификация видов аэробных спорообразующих бактерий разработана недостаточно полно. Одной из причин этого является ограниченность различий во внешних признаках бактерий. Известно, что большинство видов различаются между собой малозначимыми признаками строения и развития клеток, по форме колоний, а также физиологическим признакам. Многие вопросы биологии спороносных бактерий требуют дополнительных глубоких исследований.

Хорошо изучены только те виды, которые имеют практическое значение (патогенные, бродильные формы, продуценты различных антибиотиков, ферментов и т. д.). Вопросы систематики спорообразующих бактерий изучались специалистами прикладных наук для диагностических целей, в основном санитарно-гигиенического назначения.

Для выделения бактерий в самостоятельные виды одни авторы считают решающими ферментативные свойства организмов, другие — морфологические и культуральные признаки, третьи — цитологические особенности бактериальной клетки и т. д. Во всех подобных случаях принципы систематики меняются по мере выявления новых особенностей в строении и физиологических свойствах организмов и использования их в качестве признаков видовой идентификации. Систематика разных видов спорообразующих бактерий отражает степень их изученности, а следовательно, должна развиваться и изменяться по мере накопления новых данных.

Вопросы систематики бактерий представляют исключительную важность для работ по изысканию и изучению образования разнообразных физиологически активных веществ микробного происхождения. Биологический вид представляет единство специфических морфологических и физиолого-биохимических признаков организма, определяющих все особенности его жизнедеятельности, распространения и взаимодействия с внешней средой. В связи с этим образование того или иного продукта жизнедеятельности, как и характерные биологические особенности, невозможно представить в отрыве от видовой принадлежности микроорганизма.

Работы в области систематики спорообразующих бактерий и определения их положения в мире микроорганизмов начались еще до открытия спор у бактерий. Термин Bacillus на разных этапах развития микробиологии использовался вольно для обозначения как спороносных, так и неспороносных бактерий. В сущности, подобное положение сохранилось до наших дней, и мы нередко затрудняемся не только идентифицировать описанные виды, но и установить их истинную принадлежность к спорообразующим бактериям. Многие спорообразующие бактерии именовались различными авторами под родовыми названиями, которые в настоящее время служат обозначением родов неспороносных бактерий и других микроорганизмов, что еще более осложняет точное представление об описываемом организме.

Таксономия¹² бактерий раннего периода в основном была конструктивной и имела диагностическое назначение. На этом этапе рассматривались подходы к созданию крупных систематических категорий.

По мере накопления фактического материала начали предпринимать попытки классификации по аналитическому принципу, учитывая родственные взаимоотношения микроорганизмов.

Систематика спорообразующих бактерий развивалась по мере эволюции взглядов на принципы дифференциации и идентификации микробных видов, а также усовершенствования методов морфолого-фиэиологического изучения бактерий.

Наиболее ранними в этом отношении были попытки микробиологов разграничить виды спорообразующих бактерий по морфологическим признакам, в частности по форме спор, способу их прорастания и т. п. Малозначимость этих признаков дифференциации и их неспецифичность привели к тому, что в дополнение к предыдущим описаниям было идентифицировано много новых видов, большинство из которых в последующем не были приняты или трактуются сейчас как синонимы других систематических категорий.

Широкое распространение спорообразующих бактерий в окружающей среде и их частое обнаружение в различных продуктах, особенно при их порче, вызвали к ним определенный интерес. Первые работы по классификации этой группы бактерий были выполнены в основном представителями пищевой и санитарной микробиологии. При этом одни авторы основывались на морфологических признаках микроорганизмов, а другие — на физиологических.

Классификация, основанная на различиях в способности аэробных спорообразующих бактерий сбраживать субстраты, предусматривала подразделение этих организмов на три группы по способности сбраживать глюкозу и образовывать ацетилметилкарбинол. Согласно другой классификации, которую в настоящее время используют наиболее часто, данный род бактерий разделяется на три группы по соотношению поперечных размеров спор и вегетативных клеток.

Группа I — наиболее обширная — включает виды спороносных бактерий, у которых не отмечается отчетливого раздувания спорангия¹³ в процессе образования спор.

Группа II объединяет бактерии, образующие овальные споры, раздувающие спорангий¹³.

Группа III охватывает бациллярные виды, характеризующиеся округлыми или шаровидными спорами, раздувающими спорангий¹³; объединяет редко встречающиеся виды спорообразующих бактерий.

Вопросы классификации различных видов аэробных спорообразующих бактерий разрабатывались многими отечественными авторами. Особенно тщательно были изучены морфологофизиологические особенности отдельных групп и видов этих бактерий Е. Н. Мишустиным с сотрудниками. Данные этих исследований свидетельствуют о большом многообразии видов и экологических разновидностей спорообразующих бактерий в зависимости от мест их обитания, почвенно-климатической зональности и микробного ценоза разных типов почв.

В настоящее время для определения видов спорообразующих бактерий наряду с морфолого-физиологическими особенностями используют и многие другие признаки.

Важными критериями для определения и дифференциации бактерий являются отношение к действию специфичных фагов, агглютинация с гомологичными сыворотками к споровому, соматическому и жгутиковому антигенам, рост при высокой концентрации солей, различной температуре и т. п.

Многие отмеченные особенности применяются для внутривидового подразделения и выделения культур спороносных бактерий в отдельные разновидности, серотипы и другие мелкие систематические подразделения. В ряде случаев некоторые признаки служат основой для выделения культур спорообразующих бактерий в новые виды. Так, например, в качестве новых видов описаны психрофильные¹⁴, развивающиеся при низкой температуре культуры спорообразующих бактерий. Подобным же образом выделены некоторые активные продуценты амилолитических и целлюлолитических ферментов. В литературе было описано много новых видов бацилл, патогенных для некоторых насекомых, растений и животных, что в большинстве случаев не подтвердилось в последующие годы.

Успехи в области создания счетно-вычислительной техники дали основу для быстрой математической обработки данных по родству и отдаленности организмов. Применение этой техники в бактериальной таксономии¹² получило название числовой таксономии и было введено в микробиологию в последние годы. Числовая таксономия рассматривает группирование и идентификацию организмов с учетом их подобия при анализе не менее чем 50—60 объективных признаков. Этот метод с разработкой схем подобия и разграничения уже использован рядом авторов для систематики различных видов спороносных бактерий.

Особого внимания заслуживает разработка новых подходов к трактовке вопросов филогенетической¹⁵ таксономии бактерий с помощью биохимических исследований. Наибольший интерес в этом отношении представляют попытки классификации бактерий с использованием новейших данных молекулярной биологии.

Аэробные бактерии имеют гамму различных физиологических признаков.Наличие у споровых бактерий разных механизмов переноса электронов обусловливает отличие их физиологических признаков при культивировании в различных условиях. Так, клетки Bac. subtilis при выращивании на сложной триптон - дрожжевой среде с глюкозой характеризуются активным дыханием и одновременно снижением способности к ферментации, а клетки, выращенные на синтетической среде, теряют способность к брожению и окисляют глюкозу в процессе дыхания. При этом выявлены качественные изменения в составе ферментов.

По результатам исследований  Головачева и соавт., (1965),  Логинова и соавт. (1973), большинство аэробных бацилл являются мезофилами и активно развиваются при 30-45 ⁰С, но встречаются и термофилы, развивающиеся при 65 ⁰С и выше. На Камчатке из воды горячих источников выделены Bac. stearothermophilus, Bac. brevis, Bac. subtilis, Bac. cereus, Bac. megaterium, Bac. licheniformis, которые активно развиваются при температуре в пределах 65 ⁰С (Логинова и др., 1976). Установлено, что отдельные штаммы Bac. subtilis, Bac. licheniformis, Bac. cereus размножаются при 7 ⁰С и ниже (Tinuone, Harmon, 1975). Эти аэробные спорообразующие бактерии являются психрофильными  и обнаружены в Антарктике (Nelson, Parcinson, 1978).

Для большинства бацилл оптимальной для развития является рН 7 с колебаниями от 2 до 8. Bac. alcolophilus активно развивается при рН 9-10, а Bac. aсidocaldarius при 3-4 (Bergeys, 1974).

Концентрацию солей в питательной среде бациллы могут переносить от 2 до 25 %, а отдельные штаммы Bac. brevis, Bac. cereus, Bac. circulans от 5 до 30 % (Тимук, 1979).

Термофильные бациллы одинаково хорошо растут как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Это объясняется наличием у термофилов более активных анаэробных дегидрогеназ (Позмогова, Мальян, 1976).

Согласно исследованиям Wangetal. (1962), у бактерий рода Bacillus преобладает гликолитический¹⁶ путь расщепления углеводов независимо от наличия в среде кислорода.

Бациллы для окисления используют простые (моно- и дисахариды) и сложные высокомолекулярные (пектин) углеводы, полисахариды (декстрин, крахмал), органические кислоты и спирты.

Бактерии рода Bacillus обладают способностью интенсивно окислять углеводороды - парафин, гексодекан, a-олефины ( Тархова, 1973).  При температуре инкубации 37 ⁰С клетки Bac. subtilis при потреблении 1 моля глюкозы образуют 4 моля АТФ. С повышением температуры и концентрации глюкозы процесс образования АТФ замедляется и это, по-видимому, связано с тем, что гликолиз при повышенной температуре переключается на цикл Энтнера-Дудорова¹⁷ (Ibraghim, 1973).

Бациллы обладают свойством аммонификации¹⁸ белковых соединений. Протеолитические ферменты¹⁹ бацилл вызывают гидролиз пептидных связей в молекулах белка с образованием пептидов и олигопептидов, которые под действием ферментов расщепляются до свободных аминокислот, либо используются для синтеза клеточного белка. Бациллы могут выборочно утилизировать некоторые аминокислоты. Так, Bac. subtilis  проявляет хемотаксис²⁰ в отношении l-форм аминокислот, в присутствии b-форм аминокислот  хемотаксической реакции не обнаружено (Drift, 1974).

Бациллы обладают свойством усваивать азот. Причем одни лучше усваивают аммонийный азот, другие - азот нитратов. Например, Bac. subtilis- mesentericus легко усваивают аммонийные соединения. Для бацилл в качестве азотного питания целесообразнее использовать  пептон, гидролизат казеина, автолизат дрожжей.

Бациллы также обладают свойством  усваивать минеральные соединения азота  (аммонийные соли, нитриты) и могут развиваться и на белковой, и на синтетической среде с нитритами. Они восстанавливают нитриты и переводят их в органические азотсодержащие соединения. Наиболее активно восстанавливают нитриты Bac. licheniformis и  Bac. cereus.

Микроэлементы также необходимы для нормального роста и развития бацилл. Согласно исследованиям Beveridge, Murray (1976), клеточные стенки являются барьером только для ионов Li⁺, Ba⁺, Co²⁺и Al³⁺. Наличие в питательной среде необходимых  ионов металлов активизирует  накопление биомассы и повышает гидролитическую активность клеток. При недостатке  магния, фосфора и других элементов происходит замедление  роста вегетативных клеток Bac. stearothermophilus (Lee, Brrown,1975). Биосинтез протеаз Bac. subtilis активизирует Mg²⁺, а Cu²⁺ и Zn²⁺ подавляют их биосинтез  (Naumski, 1973).   Ионы  Са   стимулируют  амилолитическую активность Bac. subtilis, выраженность этого процесса зависит от соотношения ионов Са и Mg(Кюдулене и соавт., 1975). Ионы К стимулируют синтез b-амилазы Bac.cereus (Shinkeetal., 1977). Ионы Mn²⁺  участвуют в процессе спорообразования у Bac. subtilis, Bac. cereus, Bac. megaterium в качестве кофактора фосфатглицеромутазы, которая необходима для процесса споруляции (Vasantha, Freese, 1979).

Рост бацилл зависит от концентрации ионов металлов в среде. С увеличением концентрации ионов металлов их рост замедляется.  Однако выделены бациллы, обладающие  высокой устойчивостью к повышенному содержанию в почве Zn, Cu, Mg (Летунова, Белова,1978). Устойчивость бактерий к ртути у многих штаммов рода Bacillus связана с их способностью восстанавливать соединения ртути.

Бациллы испытывают большие потребности в фосфоре и многие из них способны переводить нерастворимые соединения фосфора в растворимые. Например, Bac. polymyxa и Bac. megaterium способны растворять Ca₃(PO₄)₂ и разные фосфаты. Ряд бацилл могут анаэробно усваивать фосфит и гипофосфит на глюкозо - минеральной среде. Спорообразующие анаэробные бактерии чаще минерализуют органофосфаты, что используется для получения фосфобактерина.

Сенная палочка обладает способностью образовывать пигмент на среде с  углеводами   независимо   от  наличия  тирозина  в  среде.  По  данным  В.В. Смирнова и соавт. (1982), пигмент можно отнести к меланинам. Пигменты, синтезируемые Bac. subtilisv. niger 16 k, окисляются под действием H₂O₂ и KMnO₄.  Аскорбиновая кислота является ингибитором  меланиногенеза (Shiehetal., 1974). Установлено, что на синтетической среде с глюкозой и со смесью аминокислот, взятых в качестве единственного источника азота (аспарагин, лейцин, валин, триптофан, тирозин, фенилаланин), исследуемые бактериальные культуры продуцируют пигмент черного цвета через 72 ч; при уменьшении концентрации аминокислот с 0,5 до 0,25 % образуется грязно- бурый пигмент, а при исключении комплекса микроэлементов колонии остаются белыми. При удалении же из среды аланина, аспарагина и валина вообще не наблюдается пигментообразование. Таким образом, существенное влияние, которое оказывают различные аминокислоты на процесс образования и характер пигмента, свидетельствует о разнообразии механизмов синтеза этих соединений.

Выявлено, что в процессе образования меланина микроорганизмами на определенной стадии синтезируется диоксифенилаланин (ДОФА), который представляет собой ароматическую аминокислоту, выполняющую в организме важную роль, участвуя в образовании биологически активных соединений, в частности адреналина.

 Химическая природа этих пигментов окончательно не выяснена, хотя они представляют значительный интерес, поскольку с ними связывают защитные свойства клеток. В кислотном гидролизате полисахарида термофильной культуры Bac. subtilis 20 обнаружены ксилоза, манноза и глюкоза (Сергеев, Ложнова, 1975).

В подавляющем большинстве случаев бациллы образуют каталазу.

Сенная палочка разлагает ксилон (гемицеллюлозу), который по распространению в природе занимает второе место после целлюлозы. Bac. subtilis, Bac. mesentericus усваивают лигнин и целлюлозу (Bellamy, 1973; Tewari, Chahal, 1977). Термофильные бактерии более активны.

Таким образом, для нормального роста и развития бактерий необходимы микро- и макроэлементы, и, изменяя их концентрацию в среде, можно ускорить или замедлить рост бацилл. Наличие различных путей усвоения углерода, широкие ассимиляционные возможности способствуют распространению этих бактерий в природе и обусловливают их адаптивные свойства. Большое практическое значение имеет свойство ряда бацилл восстанавливать нитриты,  расщеплять ксилон и усваивать лигнин и целлюлозу.